DE19533103B4

DE19533103B4 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE19533103B4
Application number: DE19533103A
Authority: DE
Inventors: Goichi Shimizu Oda; Atsushi Shimizu Toda; Masayasu Shimizu Yamashita
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2015-09-08
Also published as: JPH0878177A; DE19533103A1; US5629588A; JP3197169B2

Abstract

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe mit:
einem Gleichspannungswandler (7) zum Erhöhen oder Erniedrigen einer Eingangsgleichspannung;
einem Wechselrichter (8) vom Vollbrückentyp zum Umwandeln der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7) in eine Wechselspannung mit Rechteckwellenform, die an die Entladungslampe (11) angelegt ist;
einem Kurzschlussdetektor (15) zum Ermitteln von Kurzschlüssen an den Ausgangsanschlüssen (10, 10') des Wechselrichters (8); und
einer Schutzschaltung (6, 19, 39) zum Abschalten der Energieversorgung der Entladungslampe (11), wenn ein Kurzschluss durch den Kurzschlussdetektor (15) ermittelt wurde,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kurzschlussdetektor (15) die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7) überwacht und einen Kurzschluss zwischen einem der Ausgangsanschlüsse (10, 10') des Wechselrichters (8) und Erde dadurch ermittelt, dass er die im Kurzschlussfall auftretende Änderung der Gleichspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers (7) in eine Rechteckspannung detektiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der DE 43 22 139 A1 bekannten Schaltungsanordnung weist der Kurzschlussdetektor mehrere als Vergleicher wirkende Operationsverstärker auf, um unterschiedliche Kurzschlusszustände an den mit der Entladungslampe verbundenen Ausgangsanschlüssen feststellen zu können. Diese unterschiedliche Kurzschlusszustände werden anhand einer konventionellen Schaltungsanordnung im einzelnen erläutert, wie sie in den 8 und 9 der Zeichnung dargestellt ist.

Aus der DE 41 29 557 A1 ist eine vergleichbare Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe bekannt, bei der ein Kurzschlussdetektor die Ausgangsspannung eines Gleichspannungswandlers überwacht, um beispielsweise einen Kurzschluss an mit der Entladungslampe verbundenen Ausgangsanschlüssen feststellen zu können. Zu diesem Zweck wird die Ausgangsspannung am Gleichspannungswandler abgegriffen und an den Kurzschlussdetektor gegeben. Außerdem befindet sich in der mit dem Ausgang des Gleichspannungswandlers verbundenen Erdleitung ein Widerstand, mit dem der in der Erdleitung fließende Strom in Form einer Spannung zu erfassen ist, die dann ebenfalls an den Kurzschlussdetektor gegeben wird und dort mit der abgegriffenen Ausgangsspannung verglichen wird.

8 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Schaltungsanordnung, die mit a bezeichnet ist. Eine Gleichspannung von einer Batterie b wird über einen Anschaltschalter c und eine Schutzschaltung d eines Gleichspannungswandlers e zugeführt und dann durch einen Wechselrichter f in eine Wechselspannung umgewandelt.

Eine Zündschaltung g in der nachfolgenden Stufe des Wechselrichters f erzeugt einen Hochspannungsimpuls, wenn eine Halogen-Metalldampflampe aktiviert wird, und überlagert diesen Impuls der Ausgangsspannung des Wechselrichters f. Die Zündschaltung g führt die sich ergebende Spannung der Halogen-Metalldampflampe h zu. Die Halogen-Metalldampflampe ist mit den Wechselspannungs-Ausgangsanschlüssen i und i' verbunden.

Ein Kurzschlussdetektor j detektiert die Ausgangsspannung des Wechselrichters f, um das Auftreten eines Kurzschlusszustandes, verursacht durch das Lösen eines Anschlusses, durch das Eindringen von Wasser oder ähnlichem, zu detektieren. Der Detektor j sendet ein Detektionssignal an die Schutzschaltung d, um den Betrieb der Schaltungsanordnung zu stoppen, um die Energieversorgung von der Halogen-Metalldampflampe g zu trennen.

Bei der Detektion eines Kurzschlusses sollten die folgenden drei Kurzschlusszustände betrachtet werden.

(1) Kurzschluss zwischen den Wechselspannungs-Ausgangsanschlüssen i und i'.
(2) Kurschluss zwischen dem Wechselspannungs-Ausgangsanschluss i und Erde.
(3) Kurzschluss zwischen dem Wechselspannungsausgangsanschluss i' und Erde.

9 zeigt beispielhaft den Aufbau des Kurzschlussdetektors j, der drei Vergleichen aufweist.

Ein Vergleicher k detektiert das Auftreten des Ereignisses (1) oder (2). Dieser Vergleicher k hat einen Eingangsanschluss, der mit der Leitung verbunden ist, die den Ausgangsanschluss des Wechselrichters f mit einem Ausgangsanschluss i verbindet, mit einer Referenzspannung von einer Konstantspannungsversorgung l, die dem anderen Eingangsanschluss zugeführt ist. Der Vergleicher k gibt eine hochpegeliges Signal (H) aus, wenn das Potential am Ausgangsanschluss i gleich oder kleiner als die Referenzspannung wird.

Ein Vergleicher m detektiert das Auftreten der Ereignisse ( 1) oder (3). Dieser Vergleicher m hat einen Eingangsanschluss, der mit der Leitung verbunden ist, die den Ausgangsanschluss des Wechselrichters f mit einem Ausgangsanschluss i' verbindet, mit einer Referenzspannung von einer Konstantspannungsversorgung l, die dem anderen Eingangsanschluss zugeführt ist. Der Vergleicher m gibt ein hochpegeliges Signal (H) aus, wenn das Potential am Ausgangsanschluss i' gleich oder kleiner als die Referenzspannung wird.

Ein Vergleicher o hat einen Eingangsanschluss, der mit einem Ausgangsanschluss des Wechselrichters f verbunden ist und einen anderen Eingangsanschluss, der mit dem anderen Ausgangsanschluss des Wechselrichters f verbunden ist. Der Vergleicher o vergleicht die Potentiale an den Wechselspannungsausgangs-anschlüssen i und i' miteinander und gibt als Detektionsausgangssignal für das Ereignis (2) ein hochpegeliges (H) Signal aus.

Die Ausgangsanschlüsse dieser Vergleicher k, m und o sind über Dioden miteinander ODER-verknüpft, um mit dem Eingangsanschluss eines Haltekreises p in der Schutzschaltung d verbunden zu werden.

Der Kurzschlussdetektor j detektiert das Ereignis (1), wenn die Ausgangssignale der Vergleicher k und m hochpegelig sind, er detektiert das Ereignis (2), wenn das Ausgangssignal des Vergleichers o hochpegelig ist, und er detektiert das Ereignis (3), wenn das Ausgangssignal des Vergleichers m hochpegelig ist. Diese Detektionssignale wirken auf die Schutzschaltung d über die Halteschaltung p ein, um den Betrieb der Schaltungsanordnung a zu verhindern. Dieser Blockierungszustand wird so lange gehalten, bis der Schalter c wieder betätigt wird.

Die obige konventionelle Schaltungsanordnung benötigt drei Vergleicher, um einen Kurzschluss zu detektieren und verwen det insbesondere zwei Vergleicher, um die Kurzschlusszustände (2) beziehungsweise (3) zu detektieren. Diese Ausführung hat daher eine komplizierte Schaltungsstruktur und benötigt eine erhöhte Anzahl von Bauteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der genannten Art so weiterzubilden, dass ein beliebiger Kurzschlusszustand zwischen Erde und den Ausgangsanschlüssen, an die eine Entladungslampe angeschlossen ist, mit einer einfacheren Schaltung zuverlässig zu erfassen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß erfasst der Kurzschlussdetektor eine Änderung der Gleichspannung der Gleichspannungswandlers in eine Spannung mit Rechteckwellenform, wenn ein Kurzschluss zwischen einem Wechselspannung-Ausgangsanschluß und Erde auftritt, wobei die Schutzschaltung das Arbeiten der Schaltungsanordnung verhindert oder die Spannungsversorgung zur Entladungslampe unterbricht, wenn ein Kurzschluss zwischen dem Wechselspannungs-Ausgangsanschluss und Erde erfasst wurde.

Dieser Aufbau erfordert keine speziellen Detektoren, um die Ereignisse (2) und (3) zu detektieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt:
1 bis 4 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der
1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung zeigt;
2 schematisch die Struktur eines Wechselrichters;
3 ein Beispiel des Aufbaus eines zweiten Kurzschlußdetektors, und
4 einen Aufbau einer Spannungsversorgungsunterbrechungsschaltung und einer Halteschaltung zeigen;
5 bis 7 eine Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der
5 ein Blockschaltbild;
6 ein Beispiel für den Aufbau eines zweiten Kurzschlußdetektors und
7 ein Diagramm ist, das beispielhaft den Aufbau eines Kontstantspannungsversorgungsteils zeigt.
8 ein Blockschaltbild einer konventionellen Schaltungsanordnung, und
9 ein Blockschaltbild eines konventionellen Kurzschlußdetektors.
Die 1 bis 4 zeigen die erste Ausführungsform.
Die 1 zeigt die Darstellung einer Schaltungsanordnung 1 mit einer Batterie 2, die zwischen die Gleichspannungsanschlüsse 3 und 3' eingefügt ist und zwei Gleichspannungsleitungen 4 und 4' speist, wobei ein Schalter 5 in der positiven Gleichspannungsleitung 4 vorgesehen ist.
Ein Relaiskontakt 6a ist in der positiven Leitung 4 vorgesehen, und er wird durch eine Unterbrechungsschaltung 6 geöffnet und geschlossen. Das heißt, die Unterbrechungsschaltung 6 ist Teil einer Schutzschaltung, um die Batteriespannung von den nachfolgenden Stufen zu trennen, wenn in der Schaltungsanordnung 1 eine Abnormalität detektiert wurde.
Ein Gleichspannungswandler 7 ist mit seinem positiven Eingang mit dem Ausgang des Relaiskontakts 6a verbunden und der andere Eingang ist mit dem Gleichspannungsanschluß 3' verbunden. Der Gleichspannungswandler 7 dient zur Verstärkung der Batteriespannung unter Steuerung einer Steuerschaltung 12, die später genauer beschrieben wird.
Ein Wechselsrichter 8 ist dem Gleichspannungswandler 7 nachgeschaltet, um dessen Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer Rechteckwellenform umzuwandeln. Eine Treiberschaltung vom Vollbrückentyp, die zwei Paare von Halbleiterschaltelementen verwendet, wird für den Wechselrichter 8 verwendet.
Eine Zündschaltung 9 ist als nachfolgende Stufe des Wechselrichters 8 vorgesehen. Eine Halogen-Metalldampflampe 11, die eine Nennleistung von 35 W aufweist, ist als Entladungslampe zwischen Ausgangsanschlüssen 10 und 10' der Zündschaltung 9 vorgesehen.
Die Steuerschaltung 12 dient zur Steuerung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7. Die Steuerschaltung 12 empfängt ein Spannungsdetektionssignal, das der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 entspricht, die durch Spannungsteilerwiderstände 13 und 13' zwischen den Ausgangsanschlüssen des Gleichspannungswandlers 7 detektiert wird. Die Steuerschaltung 12 empfängt auch ein Stromdetektionssignal, das dem Ausgangsstrom der Gleichspannungswandlers 7 entspricht, der durch einen Stromdetektionswiderstand 14, der in der Erdleitung vorgesehen ist, die den Gleichspannungswandler 7 mit dem Wechselrichter 8 verbindet, in eine Spannung gewandelt wurde.
Die Steuerschaltung 12 erzeugt Steuersignale gemäß dieser Detektionssignale und gibt Steuersignale zur Gleichspannungswandler 7, um die Ausgangsspannung zu steuern und somit eine Leistungssteuerung durchzuführen, die dem Zustand der Halogen-Metalldampflampe 11 zum Zeitpunkt der Aktivierung angepasst ist. Diese Leistungssteuerung kann die Aktivierungszeit und die Wiederaktivierungszeit der Lampe verkürzen.
Ein Kurzschlussdetektor 15 überwacht ständig die Ausgangsspannung des Wechselrichters 8, um eine Abnormalität bzw. einen Kurzschluss der Schaltung zu detektieren, und schützt somit die Schaltungsanordnung und verhindert Unfälle, die von Abnormalitäten herrühren.
Der Kurzschlussdetektor 15 umfasst Kurschlussdetektoren 15A und 15B, die die vorher erwähnten Kurschlusszustände (1) bis (3) detektieren. Genauer gesagt, detektiert der erste Kurzschlussdetektor 15A einen Kurzschluss (1) zwischen den Ausgangsanschlüssen 10 und 10' und der zweite Kurschlussdetektor 15B detektiert einen Kurzschluss (2) zwischen dem Ausgangsanschluss 10 und Erde und einen Kurzschluss (3) zwischen dem Ausgangsanschluss 10' und Erde.
Es werden Kurzschlussdetektionssignale von den ersten und zweiten Kurzschlussdetektoren 15A und 15B über Dioden 16 und 17 an eine Halteschaltung 18 gegeben, welche ihr Ausgangssignal zur Unterbrechungsschaltung 6 gibt, um den Relaiskontakt 6a zu öffnen. Folglich wird der Betrieb der Schaltungsanordnung 1 verhindert und die Energieversorgung zur Halogen-Metalldampflampe 11 wird blockiert. Die Halteschaltung 18 dient zur Aufrechterhaltung des Unterbrechungszustands bis der Schalter 5 wieder betätigt wird.
Der erste Kurzschlussdetektor 15A detektiert einen Kurzschluss zwischen den Ausgangsanschlüssen 10 und 10' durch eine Detektion der Ausgangsspannung des Wechselrichters B. Der Detektor 15A vergleicht das Potential am Ausgangsanschluss 10 oder 10' mit einem Referenzwert und gibt ein hochpegeliges (H) Signal aus, wenn das detektierte Potential kleiner als der Referenzwert ist. Bei Aktivierung der Halogen-Metalldampflampe 11 aus dem kalten Zustand heraus, ist im Anfangszustand des Anschaltens die Lampenspannung niedrig und steigt dann mit der Zeit auf einen konstanten Wert an. Wenn jedoch der Kurzschluss (1) auftritt, so wird das Potential am Ausgangsanschluss 10 oder 10' nahezu zu Null, so dass ein Kurzschluss durch Vergleich der detektierten Spannung mit der Referenzspannung festgestellt werden kann.
Der zweite Kurzschlussdetektor 15B detektiert einen Kurzschluss zwischen dem Ausgangsanschluss 10 oder 10' und Erde durch die Detektierung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7. Anders gesagt, führt dieser Detektor 15B die Detektion unter Verwendung der Tatsache durch, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 sich von einer Gleichspannung zu einer Spannung mit Rechteckwellenform ändert, wenn ein Kurzschluss zwischen dem Ausgangsanschluss 10 oder 10' und Erde auftritt.
Wie in 2 gezeigt, besitzt der Wechselrichter 8 eine Brückenschaltung, die Halbleiterschaltelemente S1 bis S4 (durch Schaltsymbole im Diagramm angezeigt) umfasst. Eine Serienschaltung von Schaltelementen S1 und S3 ist parallel mit einer Serienschaltung von Schaltelementen S2 und S4 verbunden, wobei die Ausgangsspannung vom Knoten zwischen den Schaltelementen S1 und S4 und dem Knoten zwischen den Schaltelementen S2 und S3 gewonnen wird. Ein Paar Schaltelemente S1 und S3 und ein Paar Schaltelemente S2 und S4 werden gegenseitig durch Signale von einer (nicht gezeigten) Treibersteuerung geschaltet.
Wenn man annimmt, dass ein Kurzschluss zwischen dem Ausgangsanschluss 10 und Erde, wie dargestellt, aufgetreten ist, wenn die Schaltelemente S1 und S4 angeschaltet sind und die Schaltelemente 52 und S3 ausgeschaltet sind, so ist die Ausgangsstufe des Gleichspannungswandlers 7 geöffnet, wie deutlich wird aus dem Pfad vom Schaltelement S1 zum Ausgangsanschluss 10', so dass kein Strom fließt. Wenn die Schaltelemente S2 und S3 angeschaltet sind und die Schaltelemente S1 und S4 ausgeschaltet sind, so ist die Ausgangsstufe des Gleichspannungswandlers 7 kurzgeschlossen, wie deutlich wird aus dem Pfad vom Schaltelement S2 zum Ausgangsanschluss 10. Anders gesagt, der Ausgangszustand des Gleichspannungswandlers 7 wiederholt wechselnd den offenen Zustand und den kurzgeschlossenen Zustand. Da der Gleichspannungswandler 7 im wesentlichen so gesteuert wird, dass eine konstante Energieversorgung erreicht wird, wird die Eingangsspannung bis auf den voreingestellten Maximalspannungswert verstärkt, wenn die Ausgangsstufe geöffnet ist, und die Ausgangsspannung wird nahezu Null, wenn die Ausgangsstufe kurzgeschlossen ist. Da diese beiden Zustände wechselnd wiederholt werden, wird ein Rechteckwellenausgangssignal erzeugt. Es ist auch klar, dass wenn die Beziehung zwischen den Schaltelementen und den Ausgangsanschlüssen umgekehrt wird, die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 eine Rechteckwellenform annimmt, sogar wenn ein Kurzschluss zwischen dem Ausgangsanschluss 10' und Erde auftritt.
Der vorher erwähnte Kurzschluss (2) oder (3) kann also detektiert werden durch die Detektion des Wechsels der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 von einer Gleichspannungsform zu einer Rechteckwellenform.
3 zeigt beispielhaft die Struktur des zweiten Kurzschlussdetektors 15B, der so ausgelegt ist, dass er die Spannung, die man durch Teilung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 erhält, an einen Eingangsanschluss eines Vergleichers 20 liefert und die Spannung, die man erhält, indem man die geteilte Spannung mit einem Kondensator glättet, an den anderen Eingangsanschluss des Vergleichers liefert, um hierdurch ein binäres Signal zu erzeugen.
Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 wird durch Widerstände 19 und 19' geteilt und die sich ergebende Span nung wird dem negativen Eingangsanschluss des Vergleichers 20 zugeführt. Eine Zenerdiode 21 und ein Kondensator 22 sind parallel zum Widerstand 19' geschaltet. Der negative Eingangsanschluss des Vergleichers 20 ist mit der Anode einer Diode 23 verbunden, deren Kathode über Widerstände 24 und 24' geerdet ist. Die Anschlussspannung eines Kondensators 25, der parallel zum Widerstand 24' geschaltet ist, wird dem positiven Eingangsanschluss des Vergleichers 20 zugeführt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 20 wird über die Diode 17 an die Halteschaltung 18 gelegt. Ein Hochsetzwiderstand ist mit dem Ausgangsanschluss des Vergleichers 20 verbunden.
Wenn zwischen dem Ausgangsanschluss 10 oder 10' und Erde ein Kurzschluss auftritt, nimmt die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandler 7, wie oben erwähnt, Rechteckwellenform an, so dass das Ausgangssignal des Vergleichers 20 im zweiten Kurzschlussdetektor 15B auch rechteckförmig wird. Somit aktiviert der hochpegelige (H-Pegel) Teil der Wellenform dieses Ausgangssignals über die Diode 17 die Halteschaltung 18.
Wenn der Gleichspannungswandler 7 normal funktioniert und eine Gleichspannung ausgibt, ist das Potential am positiven Eingangsanschluss des Vergleichers 20 immer niedriger als das Potential an dessen negativem Anschluss, so dass das Ausgangssignal des Vergleichers 20 niedrigpegelig (L-Pegel) bleibt.
4 zeigt beispielhaft den Aufbau der Unterbrechungsschaltung 6 und der Halteschaltung 18.
Ein Speiseanschluss 26 ist mit dem Knoten zwischen dem Schalter 5 und dem Relaiskontakt 6a über eine die Spannungsumkehr verhindernde Diode verbunden. Ein Relais 28 hat eine Spule 28a, deren eines Ende mit dem Speiseanschluss 26 und deren anderes Ende mit dem Kollektor eines NPN-Transistors 29 verbunden ist. Der Relaiskontakt 6a wird in Abhängigkeit davon, ob die Spule 28a erregt wird oder nicht, geöffnet oder geschlossen.
Ein Signal des Kurzschlussdetektors 15 wird zum Eingangsanschluss 30 der Halteschaltung 18 gegeben. Die Halteschaltung 18 ist so ausgestaltet, dass wenn das Potential am Eingangsanschluss hochpegelig wird (H-Pegel), dieser Zustand gehalten und der Transistor 29 gesperrt wird.
Wie dargestellt ist, ist der Kollektor eines NPN-Transistors mit geerdetem Emitter über einen Widerstand 32 und einen Kondensator 33 geerdet und über die Widerstände 32 und 34 mit der Basis eines NPN-Transistors 35 verbunden. Der Eingangsanschluss 30 ist mit dem Kollektor des Transistors 31 verbunden. Ein Widerstand 34' ist zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 35 vorgesehen.
Der Kollektor des NPN-Transistors 35 mit geerdetem Emitter ist über eine Diode 36 und einen Widerstand 37 mit der Basis des Transistors 29 und über Widerstände 38 und 38' mit dem Speiseanschluss 26 verbunden. Der Knoten zwischen den Widerständen 38 und 38' ist mit der Basis eines PNP-Transistors 31 verbunden. Ein Widerstand 37' ist zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 29 vorgesehen.
Wenn ein hochpegeliges Signal (H-Pegel) an den Eingangsanschluss 30 der Halteschaltung 18 vom ersten oder zweiten Kurzschlussdetektor 15A oder 15B angelegt wird, so werden die Transistoren 35 und 31 angeschaltet und dieser Zustand wird gehalten. Als Ergebnis wird der Transistor 29 abgeschaltet.
In der Folge wird das Relais 28 abgeschaltet, um den Kontakt 6a zu öffnen, der die Versorgung der Batterie zum Gleichspannungswandler 7 unterbricht. Dieser Zustand hält an, bis der Schalter 5, nachdem er zeitweise ausgeschaltet war, wieder eingeschaltet wird.
Die 5 bis 7 zeigen eine Schaltungsanordnung 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 1 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der zweite Kurzschlussdetektor 15C eine Filtervorrichtung aufweist und die Energieversorgung zur Steuerschaltung 12 u.s.w. unterbrochen wird, wenn ein Kurzschluss detektiert wurde, wodurch der Betrieb der Schaltungsanordnung verhindert wird. Ähnliche oder gleiche Bezugszeichen, wie sie für die Bauteile der ersten Ausführungsform verwendet wurden, werden auch für die zweite Ausführungsform verwendet, um entsprechende oder gleiche Teile zu bezeichnen, so dass deren wiederholte Beschreibung unterbleibt.
5 zeigt den Aufbau der Schaltungsanordnung 1A, die mit einer Konstantspannungsversorgung 39 versehen ist, um eine vorbestimmte Versorgungsspannung, basierend auf der Spannung (+B) der Batterie 2, zu erzeugen. Die Versorgungsspannung (+V_CC), die man von der Konstantspannungsversorgung 39 erhält, wird der Steuerschaltung 12 und dem Steuerabschnitt im Wechselrichter 8 zugeführt. Die Konstantspannungsversorgung 39 dient als Schutzschaltung und unterbricht die Erzeugung der Versorgungsspannung, wenn sie von den Kurzschlussdetektoren 15A und 15C über die Halteschaltung 18 ein Kurzschlussdetektionssignal empfangen hat.
6 zeigt beispielhaft den Aufbau des zweiten Kurzschlussdetektors 15C, der ausgelegt wurde, um die Spannung, die man durch Teilung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 erhält, an einen Hochpassfilter 40 zu senden, um ein Signal durchzulassen, dessen Frequenz gleich oder größer als eine vorbestimmte Frequenz ist.
Genauer gesagt, wird die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 durch die Widerstände 19 und 19' geteilt und die geteilte Spannung wird dem Hochpassfilter 40 zugeführt, dessen Ausgangssignal über die Diode 17 zur Halteschaltung 18 geführt wird.
Wenn zwischen den Ausgangsanschlüssen 10 oder 10' und Erde ein Kurzschluss auftritt, nimmt, wie vorher erwähnt, die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 eine Rechteckwellenform an. Da die Frequenz der Rechteckwelle jedoch im vorhinein bekannt ist, wird das Durchlassband des Hochpassfilters 40 im zweiten Kurzschlussdetektor 15C so festlegt, dass es zu dieser Frequenz passt, so dass der hochpegelige (H-Pegel) Wellenteil der Rechteckwelle das Hochpassfilter 40 passiert und über die Diode 17 die Halteschaltung 18 aktiviert. Wenn der Gleichspannungswandler 7 normal arbeitet und eine Gleichspannung ausgibt, so wird die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 immer durch das Hochpassfilter abgeschnitten, so dass das Ausgangssignal niederpegelig (L-Pegel) bleibt.
Als Hochpassfilter 40 kann ein aktives Filter (eine mehrfache Rückkopplungsschaltung, eine gesteuerte Quellenschaltung oder dergleichen), das einen Operationsverstärker verwendet, benutzt werden. In der Zeichnung ist das Hochpassfilter 40 so ausgelegt, dass die Anschlussspannung des Kondensators 22 dem invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 43 über einen Widerstand 41 und einen Kondensator 42 zugeführt wird.
Das Hochpassfilter 40 kann durch einen Bandpassfilter ersetzt werden, der nur ein Signal durchlässt, das eine Frequenz aufweist, die in einem vorbestimmten Bereich der Frequenz des Rechteckwellenausgangssignals des Gleichspannungswandlers 7 liegt, als Bezugsgröße wenn ein Kurzschluss auftritt. Wenn ein Tiefpassfilter für den Durchlas eines Signals mit einer Frequenz verwendet wird, die gleich oder niedriger als die vorbestimmte Frequenz ist, sollte eine invertierende Schaltung oder ähnliches vorgesehen sein, um ein niedrigpegeliges Signal zu erhalten, wenn die Gleichspannung des Gleichspannungswandlers 7 im Normalzustand das Filter passiert und um ein hochpegeliges Signal zu erhalten, wenn die Rechteckwellenspannung von dem Gleichspannungswandler 7 unterbrochen ist, wenn ein Kurzschluss auftritt. Es kann eine beliebige Schaltungsstruktur verwendet werden, solange es möglich ist, zu bestimmen, ob es sich bei der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 7 um eine Gleichspannung oder um eine Spannung mit Rechteckwellenform handelt.
7 zeigt ein Beispiel des Aufbaus der Konstantspannungsversorgung 39, die die Form eines fly-back Gleichspannungswandlers hat.
Die Batteriespannung wird einem Ende der Primärwindung 44a eines Transformators 44 zugeführt, und der Emitter eines NPN-Transistors 45, der mit dem anderen Ende der Primärwindung 44a verbunden ist, ist über einen Widerstand 46 geerdet. Die Batteriespannung ist dem Speiseanschluss (V_C) eines Steuer- ICs 47 zugeführt, der die Schaltsteuerung des Transistors 45 durchführt, dessen Basis mit einem Steuersignal vom Steuer-IC 47 versorgt wird.
Der Steuer-IC 47 ist so ausgestaltet, dass er die Schwingung in Übereinstimmung mit einem Signal (S18) der Halteschaltung 18 derart durchführt, dass wenn das Signal S18 hochpegelig ist (H-Pegel), das heißt, wenn ein Kurzschluss detektiert wurde, die Schwingung gestoppt wird. Der Emitterstrom des Transistors 45 wird durch den Widerstand 46 detektiert und dem Stromdetektionsanschluss (IS) des Steuer-ICs 47 eingegeben, wodurch die Strombegrenzung durchgeführt wird.
Die Anschlussspannung der Sekundärwindung 44b des Transformators 44 wird als Versorgungsspannung (+V_CC) über eine Gleichrichtungs-/Glättungsschaltung 50, die eine Diode 48 und einen Kondensator 49 aufweist, ausgegeben.
Wenn die Schaltungsanordnung 1A normal funktioniert, steuert der Steuer-IC 47 das Schalten des Transistors 45, um eine vorbestimmte Versorgungsspannung zu erzeugen, die der Steuerschaltung 12 und anderen Schaltungen zugeführt wird. Wenn ein Kurzschluss detektiert wird, so hat das Signal S18, das über die Halteschaltung 18 zum Steuer-IC 47 des ersten oder zweiten Kurzschlussdetektors 15A oder 15C gesandt wird, einen hohen Pegel (H-Pegel). Die Schwingung des Steuer-ICs 47 wird unterbunden, um das Erzeugen der Versorgungsspannung zu unterbrechen. Somit wird der Steuerschaltung 12 keine Energie zugeführt und der Betrieb der Schaltungsanordnung 1A unterbrochen.
Aus dem obigen wird deutlich, dass ein Kurzschlussdetektor detektiert, dass das Gleichspannungsausgangssignal des Gleichspannungswandlers zu einer Rechteckwellenform wechselt, wenn ein Kurzschluss zwischen einem der beiden Ausgangsanschlüsse und Erde auftritt. Dieser Aufbau erfordert keinen speziellen Kurzschlussdetektor für jeden Ausgangsanschluss und trägt somit zur Reduzierung der Zahl der erforderlichen Schaltungsbauteile bei.
Weiterhin erhält man ein binäres Signal, das anzeigt, ob ein Kurzschluss aufgetreten ist oder nicht, durch Vergleich des ersten Spannungspegels, den man durch Detektion der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers oder der Spannung, die sich durch eine Teilung dieser Ausgangsspannung ergibt, erhält, mit dem zweiten Spannungspegel, der sich durch ein Glätten des ersten Spannungspegels ergibt. Dieses Schema kann zur Vereinfachung der Schaltungsstruktur beitragen.
Weiterhin kann das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen einem der Ausgangsanschlüsse und Erde durch Verwendung einer Filtervorrichtung detektiert werden, mit der bestimmt wird, ob das Ausgangssignal der Gleichspannungsversorgung die Form einer Gleichspannung aufweist oder eine Rechteckwellenform besitzt. Es ist daher möglich, die Detektion von Kurzschlüssen in Abhängigkeit von der Frequenz der Rechteckwelle, die von dem Gleichspannungswandler ausgegeben wird oder dem Wechsel der Amplitude dieser Ausgangsspannung durch ein korrektes Festsetzen des Durchlassbandes der Filtereinrichtung durchzuführen.

Claims

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe mit: einem Gleichspannungswandler (7) zum Erhöhen oder Erniedrigen einer Eingangsgleichspannung; einem Wechselrichter (8) vom Vollbrückentyp zum Umwandeln der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7) in eine Wechselspannung mit Rechteckwellenform, die an die Entladungslampe (11) angelegt ist; einem Kurzschlussdetektor (15) zum Ermitteln von Kurzschlüssen an den Ausgangsanschlüssen (10, 10') des Wechselrichters (8); und einer Schutzschaltung (6, 19, 39) zum Abschalten der Energieversorgung der Entladungslampe (11), wenn ein Kurzschluss durch den Kurzschlussdetektor (15) ermittelt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussdetektor (15) die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7) überwacht und einen Kurzschluss zwischen einem der Ausgangsanschlüsse (10, 10') des Wechselrichters (8) und Erde dadurch ermittelt, dass er die im Kurzschlussfall auftretende Änderung der Gleichspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers (7) in eine Rechteckspannung detektiert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kurzschlussdetektor (15) die Ausgangsspannung auch des Wechselrichters (8) überwacht und mit der Referenzspannung vergleicht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kurzschlussdetektor (15) einen ersten Spannungspegel, der der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7) oder seiner spannungsgeteilten Ausgangsspannung entspricht, mit einem zweiten Spannungspegel vergleicht, der sich durch eine Glättung des ersten Spannungspegels ergibt, wodurch sich ein binäres Signal ergibt, das das Auftreten oder das Nichtauftreten eines Kurzschlusses angibt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kurzschlussdetektor (15) eine Filtervorrichtung (40) enthält, für das Durchlassen oder Blockieren der Rechteckspannung, wenn ein Kurzschluss zwischen einem der Ausgangsanschlüsse (10, 10') und Erde auftritt und zum Blockieren oder zum Durchlassen der Gleichspannung des Gleichspannungswandlers, wenn kein Kurzschluss zwischen einem der Ausgangsanschlüsse (10, 10') und Erde auftritt, wodurch sich ein binäres Signal ergibt, das das Auftreten oder das Nichtauftreten eines Kurzschlusses angibt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Kurzschlussdetektor (15) einen ersten Kurzschlussdetektor (15A) enthält, für die Detektion eines Kurzschlusses zwischen einem ersten Ausgangsanschluss (10) und einem zweiten Ausgangsanschluss (10') des Wechselrichters (9) und einen zweiten Kurzschlussdetektor (15B; 15C) für die Detektion eines Kurzschlusses zwischen einem der Ausgangsanschlüsse (10, 10') und Erde.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schutzschaltung (6, 18, 39) aufweist: eine Halteschaltung (18) für das Halten eines abgeschalteten Versorgungszustandes, bis die Spannungsversorgung der Schaltungsanordnung aus- und wieder eingeschaltet wird; und eine Unterbrechungsschaltung (6) für das Unterbrechen des Betriebs der Schaltungsanordnung als Folge eines Signals, das von der Halteschaltung (18) ausgegeben wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, wobei der zweite Kurzschlussdetektor (15B, 15C) folgendes aufweist: zwei Spannungsteilerwiderstände (19, 19') für die Spannungsteilung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7); einen Vergleicher (20), der einen positiven und einen negativen Eingangsanschluss hat, wobei ein Knoten zwischen den Spannungsteilerwiderständen mit dem negativen Eingangsanschluss verbunden ist; eine Parallelschaltung einer Zenerdiode (21) und eines Kondensators (22), die parallel zu einem (19') der Spannungsteilerwiderstände (19, 19') geschaltet sind; eine Diode (23), die eine Anode aufweist, die mit dem negativen Eingangsanschluss des Vergleichers (20) verbunden ist und eine Kathode, die über zwei zweite Widerstände (24; 24') geerdet ist; einen Kondensator (25), der parallel zu einem (24') der zweiten Widerstände (24, 24') angeordnet ist, wobei eine Klemmenspannung des Kondensators (25) dem positiven Eingangsanschluss des Vergleichers (20) zugeführt wird; und einen Hochsetzwiderstand, der mit einem Ausgangsanschluss des Vergleichers (20) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Filtervorrichtung (40) als Hochpassfilter ausgeführt ist, das einen Eingangsanschluss hat, der mit einer Spannung versorgt wird, die durch eine Spannungsteilung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (7) erhalten wird, und das ein Signal durchlässt mit einer Frequenz, die gleich oder größer ist als eine vorbestimmte Frequenz, wobei ein Ausgangssignal des Hochpassfilters (40) zur Schutzschaltung (6, 18) geleitet wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Hochpassfilter (40) ein aktives Filter ist, das einen Operationsverstärker (43) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Filtervorrichtung (40) ein Bandpassfilter ist, das ein Signal mit einer Frequenz durchlässt, die in einem vorbestimmten Bereich der Frequenz der Rechteckspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers (7) liegt, welche bei einem Kurzschluss zwischen einem der Ausgangsanschlüsse (10, 10') und Erde auftritt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Filtervorrichtung (40) ein Tiefpassfilter ist, das ein Signal mit einer Frequenz durchlässt, die gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Frequenz ist, wobei ferner eine Invertierschaltung vorgesehen ist, die ein niederpegeliges Signal ausgibt, wenn die Gleichspannung des Gleichspannungswandlers (7) in einem normalen Betriebszustand von dem Tiefpassfilter durchgelassen wird, und die ein hochpegeliges Signal ausgibt, wenn eine Rechteckspannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers (7) von dem Tiefpassfilter blockiert wird.